JP2012241988A - 流動層乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流動層乾燥装置において、乾燥効率の向上を可能とする。
【解決手段】中空形状をなす乾燥容器１０１と、乾燥容器１０１の一端側に原炭を投入する原炭投入口１０２と、乾燥容器１０１の他端側から原炭が加熱乾燥した乾燥炭を排出する乾燥炭排出口１０３と、乾燥容器１０１の下部に流動化ガスを供給することで原炭と共に流動層Ｓを形成する流動化ガス供給部１０４と、乾燥容器１０１の一端側における原炭投入口１０２より上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出口１０５と、流動層Ｓの原炭を加熱する伝熱管１０６と、原炭投入口１０２の下方に乾燥容器１０１の内部に不活性ガスを噴射可能なガス噴射装置１２３とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動化ガスにより被乾燥物を流動させながら乾燥させる流動層乾燥装置に関するものである。

例えば、石炭ガス化複合発電設備は、石炭をガス化し、コンバインドサイクル発電と組み合わせることにより、従来型の石炭火力に比べてさらなる高効率化・高環境性を目指した発電設備である。この石炭ガス化複合発電設備は、資源量が豊富な石炭を利用可能であることも大きなメリットであり、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。

従来の石炭ガス化複合発電設備は、一般的に、給炭装置、乾燥装置、石炭ガス化炉、ガス精製装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置などを有している。従って、石炭が乾燥されてから粉砕され、石炭ガス化炉に対して、微粉炭として供給されると共に、空気が取り込まれ、この石炭ガス化炉で石炭が燃焼ガス化されて生成ガス（可燃性ガス）が生成される。そして、この生成ガスがガス精製されてからガスタービン設備に供給されることで燃焼して高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンを駆動する。タービンを駆動した後の排気ガスは、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収され、蒸気を生成して蒸気タービン設備に供給され、タービンを駆動する。これにより発電が行なわれる。一方、熱エネルギが回収された排気ガスは、ガス浄化装置で有害物質が除去された後、煙突を介して大気へ放出される。

ところで、このような石炭ガス化複合発電設備にて使用する石炭は、瀝青炭や無煙炭のように高い発熱量を有する高品位の石炭（高品位炭）だけでなく、亜瀝青炭や褐炭のように比較的低い発熱量を有する低品位の石炭（低品位炭）がある。この低品位炭は、持ち込まれる水分量が多く、この水分により発電効率が低下してしまう。そのため、低品位炭の場合には、上述した乾燥装置により石炭を乾燥して水分を除去してから粉砕して石炭ガス化炉に供給する必要がある。

このような石炭を乾燥する乾燥装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された流動乾燥方法および流動層乾燥装置は、供給室に原料供給口から水分を含む原料を供給し、供給室及び乾燥分級室の分散板を通しての流動化ガスにより被流動物を流動させて乾燥及び微粉と粗粒に分級処理する際、供給室の流動層の層厚みを乾燥分級室の流動層の層厚みとは別に制御するものである。

特開２００８−１２８５２４号公報

上述したように低品位炭は、高品位炭に比べて水分量が多いことから、乾燥装置における流動化不良が発生し、石炭の乾燥不良が発生するおそれがある。特に、入口部に近い領域では、水分濃度が高く、粒子の分散性が良くないことから、伝熱管の近傍や底面部での流動化不良、付着、堆積を引き起こし、閉塞に至る可能性もある。そのため、投入する石炭の量を減少させる必要があり、処理量が減少してしまうという問題がある。上述した特許文献１に記載された流動乾燥方法および流動層乾燥装置は、供給室の流動層の層厚みを乾燥分級室の流動層の層厚みとは別に制御することで、水分量の多い原料を原料粒子の塊成化や装置への付着の発生を抑制しながら安定的に乾燥及び分級するものである。しかし、この技術では、供給室における流動層単位体積あたりの水分蒸発負荷が増加してしまい、原料を適正に乾燥するための熱量が不足してしまうという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、乾燥効率の向上を可能とする流動層乾燥装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の流動層乾燥装置は、中空形状をなす乾燥容器と、該乾燥容器の一端側に湿潤燃料を投入する湿潤燃料投入部と、前記乾燥容器の他端側から湿潤燃料が加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥物排出部と、前記乾燥容器の下部に流動化ガスを供給することで湿潤燃料と共に流動層を形成する流動化ガス供給部と、前記乾燥容器の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出部と、前記流動層の湿潤燃料を加熱する加熱部と、前記湿潤燃料投入部の下方に前記乾燥容器の内部に不活性ガスを噴射可能なガス噴射装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、湿潤燃料投入部から湿潤燃料が乾燥容器内に投入されると共に、流動化ガス供給部から流動化ガスが乾燥容器の下部に供給されると、湿潤燃料が流動化ガスにより流動することで流動層が形成され、この流動層の湿潤燃料が加熱部により加熱されることで徐々に乾燥されて乾燥物となり、この乾燥物が乾燥物排出部から外部に排出される一方、流動化ガスと湿潤燃料が乾燥することで発生した蒸気がガス排出部から外部に排出される。このとき、湿潤燃料投入部の下方に乾燥容器の内部に不活性ガスを噴射可能なガス噴射装置が設けられていることで、投入直後で水分量の多い湿潤燃料は、このガス噴射装置から噴射された不活性ガスにより周囲に分散されて流動層の広い範囲に落下することとなり、十分な熱量を付与して加熱することができ、この湿潤燃料の流動化不良、周囲への付着や堆積を抑制し、湿潤燃料の乾燥効率を向上することができる。

本発明の流動層乾燥装置では、前記ガス噴射装置は、前記湿潤燃料投入部から投入された湿潤燃料に向けて不活性ガスを噴射可能であることを特徴としている。

従って、湿潤燃料投入部から乾燥容器内に投入された湿潤燃料は、ガス噴射装置から噴射された不活性ガスにより、流動層の広い範囲に分散されることとなり、この流動層により十分な熱量が付与して加熱することができる。

本発明の流動層乾燥装置では、前記ガス噴射装置は、前記湿潤燃料投入部における前記乾燥容器との連通部に向けて不活性ガスを噴射可能であることを特徴としている。

従って、湿潤燃料投入部から乾燥容器内に投入される湿潤燃料は、この湿潤燃料投入部から乾燥容器に入る直前にガス噴射装置から噴射された不活性ガスにより分散されることとなり、湿潤燃料投入部から投入される全ての湿潤燃料を乾燥容器内に広い範囲で分散することができる。

本発明の流動層乾燥装置では、前記ガス噴射装置は、所定間隔ごとに不活性ガスを噴射可能であることを特徴としている。

従って、湿潤燃料投入部から乾燥容器内に投入される湿潤燃料は、ガス噴射装置から所定間隔ごとに噴射される不活性ガスにより分散されることとなり、湿潤燃料を乾燥容器内に広い範囲で分散することができる。

本発明の流動層乾燥装置では、前記ガス噴射装置は、吹出方向を上下または左右に変更可能な噴射ノズルを有することを特徴としている。

従って、湿潤燃料投入部から乾燥容器内に投入される湿潤燃料は、ガス噴射装置から噴射されて上下または左右に変動する不活性ガスにより分散されることとなり、湿潤燃料を乾燥容器内に広い範囲で分散することができる。

本発明の流動層乾燥装置では、前記ガス噴射装置は、前記流動層における湿潤燃料の乾燥状態に応じて前記噴射ノズルの吹出方向を変更することを特徴としている。

従って、ガス噴射装置は、流動層における湿潤燃料の乾燥状態に応じて吹出方向を変更し、流動層内で特に乾燥が促進している領域に優先的に湿潤燃料を分散することができ、湿潤燃料を効率的に乾燥することができる。

本発明の流動層乾燥装置では、前記ガス噴射装置から噴射される不活性ガスは、飽和温度以上のガスであることを特徴としている。

従って、乾燥容器の内部における結露の発生を抑制し、湿潤燃料を適正に乾燥することができる。

本発明の流動層乾燥装置によれば、湿潤燃料投入部の下方に乾燥容器の内部に不活性ガスを噴射可能なガス噴射装置を設けるので、投入直後で水分量の多い湿潤燃料は、このガス噴射装置から噴射される不活性ガスにより流動層の広い範囲にわたって分散されることとなり、湿潤燃料に十分な熱量を付与して加熱することで、湿潤燃料の乾燥効率を向上することができる。

図１は、本発明の実施例１に係る流動層乾燥装置を表す概略側面図である。 図２は、実施例１の流動層乾燥装置を表す概略背面図である。 図３−１は、実施例１の流動層乾燥装置におけるガス噴射口の変形例を表す正面図である。 図３−２は、実施例１の流動層乾燥装置におけるガス噴射口の変形例を表す正面図である。 図４は、実施例１の流動層乾燥装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。 図５は、本発明の実施例２に係る流動層乾燥装置におけるガス噴射装置を表す概略図である。 図６は、実施例２の流動層乾燥装置におけるガス噴射口の正面図である。 図７は、本発明の実施例３に係る流動層乾燥装置におけるガス噴射装置を表す概略図である。 図８は、本発明の実施例４に係る流動層乾燥装置におけるガス噴射装置を表す概略図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る流動層乾燥装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の実施例１に係る流動層乾燥装置を表す概略側面図、図２は、実施例１の流動層乾燥装置を表す概略背面図、図３−１及び図３−２は、実施例１の流動層乾燥装置におけるガス噴射口の変形例を表す正面図、図４は、実施例１の流動層乾燥装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。

実施例１の石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行っている。即ち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。この場合、ガス化炉に供給する湿潤燃料として低品位炭を使用している。

実施例１において、図４に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、給炭装置１１、流動層乾燥装置１２、微粉炭機（ミル）１３、石炭ガス化炉１４、チャー回収装置１５、ガス精製装置１６、ガスタービン設備１７、蒸気タービン設備１８、発電機１９、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０を有している。

給炭装置１１は、原炭バンカ２１と、石炭供給機２２と、クラッシャ２３とを有している。原炭バンカ２１は、低品位炭を貯留可能であって、所定量の低品位炭を石炭供給機２２に投下することができる。石炭供給機２２は、原炭バンカ２１から投下された低品位炭をコンベアなどにより搬送し、クラッシャ２３に投下することができる。このクラッシャ２３は、投下された低品位炭を所定の大きさに破砕することができる。

流動層乾燥装置１２は、給炭装置１１により投入された低品位炭に対して乾燥用蒸気（過熱蒸気）を供給することで、この低品位炭を流動させながら加熱乾燥するものであり、低品位炭が含有する水分を除去することができる。そして、この流動層乾燥装置１２は、下部から取り出された乾燥済の低品位炭を冷却する冷却器３１が設けられ、乾燥冷却済の乾燥炭が乾燥炭バンカ３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１２は、上部から取り出された蒸気から乾燥炭の粒子を分離する乾燥炭サイクロン３３と乾燥炭電気集塵機３４が設けられ、蒸気から分離された乾燥炭の粒子が乾燥炭バンカ３２に貯留される。なお、乾燥炭電気集塵機３４で乾燥炭が分離された蒸気は、蒸気圧縮機３５で圧縮されてから流動層乾燥装置１２に乾燥用蒸気として供給される。

微粉炭機１３は、石炭粉砕機であって、流動層乾燥装置１２により乾燥された低品位炭（乾燥炭）を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。即ち、微粉炭機１３は、乾燥炭バンカ３２に貯留された乾燥炭が石炭供給機３６により投下され、この乾燥炭を所定粒径以下の低品位炭、つまり、微粉炭とするものである。そして、微粉炭機１３で粉砕後の微粉炭は、微粉炭バグフィルタ３７ａ，３７ｂにより搬送用ガスから分離され、微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。

石炭ガス化炉１４は、微粉炭機１３で処理された微粉炭が供給可能であると共に、チャー回収装置１５で回収されたチャー（石炭の未燃分）が戻されてリサイクル可能となっている。

即ち、石炭ガス化炉１４は、ガスタービン設備１７（圧縮機６１）から圧縮空気供給ライン４１が接続されており、このガスタービン設備１７で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置４２は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン４３が石炭ガス化炉１４に接続され、この第１窒素供給ライン４３に微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂからの給炭ライン４４ａ，４４ｂが接続されている。また、第２窒素供給ライン４５も石炭ガス化炉１４に接続され、この第２窒素供給ライン４５にチャー回収装置１５からのチャー戻しライン４６が接続されている。更に、酸素供給ライン４７は、圧縮空気供給ライン４１に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。

石炭ガス化炉１４は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）が発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉１４は、微粉炭の混入した異物を除去する異物除去装置４８が設けられている。この場合、石炭ガス化炉１４は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉１４は、チャー回収装置１５に向けて可燃性ガスのガス生成ライン４９が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン４９にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１５に供給するとよい。

チャー回収装置１５は、集塵装置５１と供給ホッパ５２とを有している。この場合、集塵装置５１は、１つまたは複数のバグフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化炉１４で生成された可燃性ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。供給ホッパ５２は、集塵装置５１で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵装置５１と供給ホッパ５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６が第２窒素供給ライン４５に接続されている。

ガス精製装置１６は、チャー回収装置１５によりチャーが分離された可燃性ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製装置１６は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン設備１７に供給する。なお、このガス精製装置１６では、チャーが分離された可燃性ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ_２Ｓ）が含まれているため、アミン吸収液によって除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。

ガスタービン設備１７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を有しており、圧縮機６１とタービン６３は、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２は、圧縮機６１から圧縮空気供給ライン６５が接続されると共に、ガス精製装置１６から燃料ガス供給ライン６６が接続され、タービン６３に燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン設備１７は、圧縮機６１から石炭ガス化炉１４に延びる圧縮空気供給ライン４１が設けられており、中途部に昇圧機６８が設けられている。従って、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気とガス精製装置１６から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン６３にて、発生した燃焼ガスにより回転軸６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。

蒸気タービン設備１８は、ガスタービン設備１７における回転軸６４に連結されるタービン６９を有しており、発電機１９は、この回転軸６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン設備１７（タービン６３）からの排ガスライン７０に設けられており、空気と高温の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そのため、排熱回収ボイラ２０は、蒸気タービン設備１８のタービン６９との間に蒸気供給ライン７１が設けられると共に、蒸気回収ライン７２が設けられ、蒸気回収ライン７２に復水器７３が設けられている。従って、蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９が駆動し、回転軸６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。

そして、排熱回収ボイラ２０で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置７４により有害物質を除去され、浄化された排ガスは、煙突７５から大気へ放出される。

ここで、実施例１の石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。

実施例１の石炭ガス化複合発電設備１０において、給炭装置１１にて、原炭（低品位炭）が原炭バンカ２１に貯留されており、この原炭バンカ２１の低品位炭が石炭供給機２２によりクラッシャ２３に投下され、ここで所定の大きさに破砕される。そして、破砕された低品位炭は、流動層乾燥装置１２により加熱乾燥された後、冷却器３１により冷却され、乾燥炭バンカ３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１２の上部から取り出された蒸気は、乾燥炭サイクロン３３及び乾燥炭電気集塵機３４により乾燥炭の粒子が分離され、蒸気圧縮機３５で圧縮されてから流動層乾燥装置１２に乾燥用蒸気として戻される。一方、蒸気から分離された乾燥炭の粒子は、乾燥炭バンカ３２に貯留される。

乾燥炭バンカ３２に貯留される乾燥炭は、石炭供給機３６により微粉炭機１３に投入され、ここで、細かい粒子状に粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭バグフィルタ３７ａ，３７ｂを介して微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。この微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される微粉炭は、空気分離装置４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン４３を通して石炭ガス化炉１４に供給される。また、後述するチャー回収装置１５で回収されたチャーが、空気分離装置４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン４５を通して石炭ガス化炉１４に供給される。更に、後述するガスタービン設備１７から抽気された圧縮空気が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離装置４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通して石炭ガス化炉１４に供給される。

石炭ガス化炉１４では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気（酸素）により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）を生成することができる。そして、この可燃性ガスは、石炭ガス化炉１４からガス生成ライン４９を通して排出され、チャー回収装置１５に送られる。

このチャー回収装置１５にて、可燃性ガスは、まず、集塵装置５１に供給されることで、ここで可燃性ガスからこのガスに含有するチャーが分離される。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、供給ホッパ５２に堆積され、チャー戻しライン４６を通して石炭ガス化炉１４に戻されてリサイクルされる。

チャー回収装置１５によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置１６にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。そして、ガスタービン設備１７では、圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給すると、この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気と、ガス精製装置１６から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりタービン６３を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。

そして、ガスタービン設備１７におけるタービン６３から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ２０にて、空気と熱交換を行うことで蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン設備１８に供給する。蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。

その後、ガス浄化装置７４では、排熱回収ボイラ２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突７５から大気へ放出される。

以下、上述した石炭ガス化複合発電設備１０における流動層乾燥装置１２について詳細に説明する。

流動層乾燥装置１２は、図１及び図２に示すように、乾燥容器１０１と、原炭投入口（湿潤燃料投入部）１０２と、乾燥炭排出口（乾燥物排出部）１０３と、流動化ガス供給部１０４（１０４ａ，１０４ｂ）と、ガス排出口（ガス排出部）１０５と、伝熱管（加熱部）１０６，１０７とを有している。

乾燥容器１０１は、中空箱型形状をなしており、一端側に原炭を投入する原炭投入口１０２が形成される一方、他端側の下部に原炭を加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥炭排出口１０３が形成されている。この場合、原炭投入口１０２や乾燥炭排出口１０３を乾燥容器１０１の端部に１つずつ設けたが、複数であってもよい。また、乾燥容器１０１は、下部に底板１０１ａから所定距離をあけて複数の開口を有する分散板１０８が設けられることで、風箱１０９が区画されている。そして、乾燥容器１０１は、この底板１０１ａに風箱１０９を介して分散板１０８の上方に流動化ガス（過熱蒸気）を供給する流動化ガス供給部１０４が設けられている。更に、乾燥容器１０１は、乾燥炭排出口１０３側の天井板１０１ｂに流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出口１０５が形成されている。

この乾燥容器１０１は、原炭投入口１０２から原炭が供給されると共に、流動化ガス供給部１０４から風箱１０９及び分散板１０８を通して流動化ガスが供給されることで、この分散板１０８の上方に所定厚さの流動層Ｓが形成されると共に、この流動層Ｓの上方にフリーボード部Ｆが形成される。

そして、乾燥容器１０１は、内部が原炭の流動方向の上流側に設けられた第１乾燥室１１１と、原炭の流動方向の下流側に設けられた第２乾燥室１１２とで構成され、分散板１０８上に第１乾燥室１１１と第２乾燥室１１２とを仕切る仕切板１１３が設けられ、第１乾燥室１１１と第２乾燥室１１２は、この仕切板１１３の上方で連通されている。この場合、第１乾燥室１１１は、フリーボード部Ｆ１と流動層Ｓ１が形成され、原炭の初期乾燥を行う完全混合領域となっており、第２乾燥室１１２は、フリーボード部Ｆ２と流動層Ｓ２が形成され、原炭の後期乾燥を行う押し出し領域（プラグフロー領域）となっている。そして、第１乾燥室１１１と第２乾燥室１１２とは、床面積比が３０〜５０％：７０〜５０％となっており、これは、原炭の処理量に応じて最適な比率が設定されものであり、原炭の処理量が多い場合には、第１乾燥室１１１を広くすることが好ましく、第１乾燥室１１１と第２乾燥室１１２との床面積比を５０％：５０％に設定する。

この場合、風箱１０９は、第１乾燥室１１１及び第２乾燥室１１２に対応した風箱１０９ａ，１０９ｂに区画され、風箱１０９ａ，１０９ｂに対応して流動化ガス供給部１０４ａ，１０４ｂが設けられている。そして、図示しない流量調整弁の開度を調整することで、風箱１０９ａ，１０９ｂに供給する流動化ガス量を調整することができる。

即ち、第１乾燥室１１１は、その室内において、供給された原炭が完全混合流れとなるように構成されている。この完全混合流れとは、第１乾燥室１１１内に形成される流動層Ｓ１において、原炭における水分量（水分含有率）が均質となるように混合される流れである。このため、第１乾燥室１１１では、流動方向において逆混合（バックミキシング）が生じる。

また、第２乾燥室１１２は、その室内において、供給された原炭が押し出し流れとなるように構成されている。この押し出し流れとは、第２乾燥室１１２内に形成される流動層Ｓ２において、原炭が流動方向に拡散しないように、この原炭を流動方向に押し出す流れである。

第１乾燥室１１１にて、原炭の流動方向に沿うと共に鉛直方向に沿う支持板１２１が、原炭の流動方向に直交する水平方向に所定間隔で複数配置されており、乾燥容器１０１の壁面に取付けられている。そして、外部から乾燥容器１０１を貫通して流動層Ｓ１内を循環する複数の伝熱管１０６が、この各支持板１２１に支持されている。この伝熱管１０６が支持された支持板１２１は、流動層Ｓ１内に埋設されるように位置し、伝熱管１０６内を流れる過熱蒸気により流動層Ｓ１の原炭を加熱して乾燥することができる。

また、第１乾燥室１１１にて、原炭投入口１０２の下方に乾燥容器１０１の内部に不活性ガスを噴射可能なガス噴射装置１２３が設けられている。このガス噴射装置１２３は、原炭投入口１０２から投入された原炭に向けて不活性ガスを噴射することで、原炭を流動方向やその流動方向に直交する方向に分散させるものである。そして、このガス噴射装置１２３は、原炭投入口１０２の下方であって、流動層Ｓ１より上方のフリーボード部Ｆ１に向けて不活性ガスを噴射可能となっている。

このガス噴射装置１２３は、乾燥容器１０１における原炭投入口１０２が設けられた側壁に形成されるガス噴射口１２４と、このガス噴射口１２４に連結されるガス供給管１２５と、ガス供給管１２５に装着される流量調整弁１２６とから構成されている。

ガス噴射口１２４は、原炭投入口１０２の下方に位置するように乾燥容器１０１内に開口しており、原炭投入口１０２の幅より大きな幅に形成されたスリット形状とすることが望ましい。また、このガス噴射口１２４は、所定角度に傾斜した原炭投入口１０２に対して、ほぼ水平となるように形成されており、原炭投入口１０２から投入された原炭を、ガス噴射口１２４から噴射された不活性ガスによりフリーボード部Ｆ１の前方に向けて拡散可能となっている。ガス供給管１２５は、一端部が図示しないガス供給装置に連結され、他端部がガス噴射口１２４に連結されている。流量調整弁１２６は、ガス供給管１２５を流れる不活性ガスの流量を調整することで、ガス噴射口１２４から噴射される不活性ガスの噴射量を調整することができる。

なお、ガス噴射口１２４から噴射される不活性ガスは、伝熱管１０６，１０７に供給される過熱蒸気、または、高温の窒素ガスを適用することが望ましく、飽和温度以上に加熱して使用することが望ましい。また、ガス噴射口１２４は、ガス噴射方向に直線状の流路とするだけでなく、ガス噴射方向に対して左右に広角するような形状としてもよい。また、ガス噴射装置１２３は、流量調整弁１２６を常時所定角度に維持することで、ガス噴射口１２４から不活性ガスを連続的に噴射するものであるが、この流量調整弁１２６を所定間隔で開閉することで、所定間隔ごとに不活性ガスを間欠噴射するようにしてもよい。

また、ガス噴射装置１２３におけるガス噴射口１２４は、上述した水平スリット形状に限定されるものではない。例えば、図３−１に示すように、ガス噴射口１３１は、原炭投入口１０２の下方に所定隙間をもって位置するように、乾燥容器１０１の側壁に開口しており、原炭投入口１０２の幅より大きな幅に形成され、且つ、原炭投入口１０２の下部に沿って湾曲したスリット形状となっている。また、図３−２に示すように、ガス噴射口１３２は、原炭投入口１０２の下方に隙間なく位置するように、乾燥容器１０１の側壁に開口しており、原炭投入口１０２の幅より大きな幅に形成され、且つ、原炭投入口１０２の下部に沿って湾曲したスリット形状となっている。

従って、原炭投入口１０２から乾燥容器１０１における第１乾燥室１１１に原炭が投入されると、この原炭は、ガス噴射装置１２３により水平方向に分散される。即ち、流量調整弁１２６を所定角度開放すると、不活性ガスがガス供給管１２５を通してガス噴射口１２４に供給され、第１乾燥室１１１内に噴射される。一方、原炭投入口１０２から投入された原炭は、このガス噴射口１２４から噴射された不活性ガスにより、第１乾燥室１１１内に前方側や左右側へ分散される。また、ガス噴射口１２４から噴射された不活性ガスは、高温の流体（過熱蒸気）であることから、原炭が高温の不活性ガスにより分散されるとき、熱を受けて予熱状態となる。そして、分散された原炭は、流動化ガスにより流動層Ｓ１で流動すると共に、伝熱管１０６により加熱されることで乾燥される。

これにより、第１乾燥室１１１の流動層Ｓ１を形成する原炭は、完全混合流れとすることができ、水分量（水分含有率）が均質となるように乾燥される。なお、この第１乾燥室１１１は、例えば、水分含有率が６０％程度の原炭を、水分含有率が３０〜４０％程度となるまで初期乾燥することができる。

また、第２乾燥室１１２にて、原炭の流動方向に直交する水平方向に沿うと共に鉛直方向に沿う仕切板１２９が、原炭の流動方向に所定間隔（均等間隔）で複数配置されており、乾燥容器１０１の壁面に取付けられている。そして、外部から乾燥容器１０１を貫通して流動層Ｓ２内を循環する複数の伝熱管１０７が、この各仕切板１２９に支持されている。伝熱管１０７が支持された各仕切板１２９は、下端部が分散板１０８の上面から離間することで、所定隙間（流通口）が確保されており、上端部が流動層Ｓ２より上方に延出するように位置しており、伝熱管１０７内を流れる過熱蒸気により流動層Ｓ２の原炭を加熱して乾燥することができる。

この場合、複数の仕切板１２９は、原炭の流動方向に所定の間隔をあけて配設されていることから、第２乾燥室１１２、具体的には、流動層Ｓ２が複数の分室Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５に分割されており、この複数の分室Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５は、ほぼ同様の容積を有し、原炭の流動方向に沿って並んで形成されている。そのため、原炭は、流動層Ｓ２内で乾燥されながら、分室Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５を各流通口から移動することができる。

従って、第１乾燥室１１１から初期乾燥された原炭が供給されると、この原炭は、流動化ガスにより流動層Ｓ２で流動し、各仕切板１２９と分散板１０８との間の流通口を通って分室Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５を移動する。このとき、原炭は、伝熱管１０７により加熱されることで乾燥される。

これにより、第２乾燥室１１２の流動層Ｓ２を形成する原炭は、複数の分室Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５を上流側から順に移動することで、押し出し流れとすることができ、流動方向に拡散させることなく乾燥される。なお、第２乾燥室１１２は、例えば、水分含有率が３０〜４０％程度の原炭を、水分含有率が１０％程度となるまで後期乾燥することができる。

ここで、実施例１の流動層乾燥装置１２の全体の作動について説明する。

流動層乾燥装置１２において、図１及び図２に示すように、乾燥容器１０１に対して、原炭投入口１０２から原炭が供給されると共に、流動化ガス供給部１０４から分散板１０８を通して流動化ガスが供給されることで、この分散板１０８の上方に所定厚さの流動層Ｓが形成される。原炭は、流動化ガスにより流動層Ｓを乾燥炭排出口１０３側に移動し、このとき、伝熱管１０６，１０７から熱を受けることで加熱されて乾燥される。

この場合、原炭は、原炭投入口１０２から乾燥炭排出口１０３まで移動する間に、伝熱管１０６，１０７からの熱や流動化ガスにより加熱乾燥されるが、原炭投入口１０２から投入された直後の原炭は、水分濃度が高く、適正な乾燥が困難となるおそれがある。しかし、本実施例では、乾燥容器１０１内を第１乾燥室１１１と第２乾燥室１１２とに分割し、更に、原炭投入口１０２の下方にガス噴射装置１２３を設けている。そのため、原炭投入口１０２から第１乾燥室１１１に投入された原炭は、ガス噴射装置１２３におけるガス噴射口１２４から噴射された不活性ガスにより前方側及び左右側へ分散される。また、このとき、原炭は、高温状態にある不活性ガスにより分散されるため、ここで熱を受けて予熱される。そして、第１乾燥室１１１の流動層Ｓ１では、原炭が完全混合流れとなり、この第１乾燥室１１１の領域内で、水分量がほぼ均質となるように乾燥される。

第１乾燥室１１１で初期乾燥が終了した原炭は、仕切板１１３を超えて第２乾燥室１１２に流動する。この第２乾燥室１１２では、原炭が流動化ガスにより流動層Ｓ２を流動し、各仕切板１２９と分散板１０８との間の流通口を通って分室Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５を順に移動する。このとき、原炭は、流動層Ｓ２にて、伝熱管１０７により加熱されながら、押し出し流れとなって流動方向に拡散することなく乾燥される。

その後、原炭が乾燥された乾燥炭は、乾燥炭排出口１０３から外部に排出され、流動層Ｓで原炭が加熱乾燥されることで発生した蒸気は、流動化ガスと共に上昇し、乾燥炭排出口１０３側に流れ、ガス排出口１０５から外部に排出される。

このように実施例１の流動層乾燥装置にあっては、中空形状をなす乾燥容器１０１と、乾燥容器１０１の一端側に原炭を投入する原炭投入口１０２と、乾燥容器１０１の他端側から原炭が加熱乾燥した乾燥炭を排出する乾燥炭排出口１０３と、乾燥容器１０１の下部に流動化ガスを供給することで原炭と共に流動層Ｓを形成する流動化ガス供給部１０４と、乾燥容器１０１の一端側における原炭投入口１０２より上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出口１０５と、流動層Ｓの原炭を加熱する伝熱管１０６と、原炭投入口１０２の下方に乾燥容器１０１の内部に不活性ガスを噴射可能なガス噴射装置１２３とを設けている。

従って、原炭投入口１０２から原炭が乾燥容器１０１内に投入されると共に、流動化ガス供給部１０４から流動化ガスが乾燥容器１０１の下部から分散板１０７を通して供給されると、原炭が流動化ガスにより流動することで流動層Ｓが形成され、この流動層Ｓの原炭が流動化ガスにより移動するとき、伝熱管１０６により加熱されることで乾燥して乾燥炭となり、この乾燥炭が乾燥炭排出口１０３から外部に排出される一方、流動化ガスと原炭が乾燥することで発生した蒸気がガス排出口１０５から外部に排出される。このとき、原炭投入部１０２から投入された投入直後の原炭は、水分量が多いものの、このガス噴射装置１２３から噴射された不活性ガスにより周囲に分散されて流動層Ｓ１の広い範囲に落下することとなり、この流動層Ｓ１では、原炭に対して十分な熱量を付与して加熱することができ、この原炭の流動化不良、周囲への付着や堆積を抑制し、原炭の乾燥効率を向上することができる。

また、実施例１の流動層乾燥装置では、ガス噴射装置１２３は、原炭投入口１０２から乾燥装置１０１の内部に投入された原炭に向けて不活性ガスを噴射可能としている。従って、原炭投入口１０２から乾燥容器１０１内に投入された原炭は、ガス噴射装置１２３から噴射された不活性ガスにより、流動層Ｓの広い範囲に分散されることとなり、この流動層Ｓにより十分な熱量が付与して加熱することができる。

また、実施例１の流動層乾燥装置では、ガス噴射装置１２３は、所定間隔ごとに不活性ガスを噴射可能としている。従って、原炭投入口１０２から乾燥容器１０１内に投入される原炭は、ガス噴射装置１２３から所定間隔ごとに噴射される不活性ガスにより間欠的に分散されることとなり、原炭を乾燥容器１０１内に広い範囲で分散することができる。

また、実施例１の流動層乾燥装置では、ガス噴射装置１２３から噴射される不活性ガスを飽和温度以上のガスとしている。従って、乾燥容器１０１の内部における結露の発生を抑制し、原炭を適正に乾燥することができる。

図５は、本発明の実施例２に係る流動層乾燥装置におけるガス噴射装置を表す概略図、図６は、実施例２の流動層乾燥装置におけるガス噴射口の正面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例２の流動層乾燥装置において、図５及び図６に示すように、乾燥容器１０１は、中空箱型形状をなし、一端側に原炭を投入する原炭投入口１０２が形成され、この原炭投入口１０２の下方に乾燥容器１０１の内部に不活性ガスを噴射可能なガス噴射装置としてのガス噴射口１４１が設けられている。このガス噴射口１４１は、原炭投入口１０２における乾燥容器１０１との連通部に向けて不活性ガスを噴射することで、原炭を流動方向やその流動方向に直交する方向に分散させるものである。そして、このガス噴射口１４１は、先端部が原炭投入口１０２の先端部に開口して連通しており、流動層Ｓ１より上方のフリーボード部Ｆ１に向けて不活性ガスを噴射可能となっている。

従って、原炭投入口１０２から乾燥容器１０１における第１乾燥室１１１に原炭が投入されると、この原炭は、ガス噴射口１４１から噴射された不活性ガスにより、第１乾燥室１１１内に前方側や左右側へ分散される。また、ガス噴射口１４１から噴射された不活性ガスは、高温の流体（過熱蒸気）であることから、原炭が高温の不活性ガスにより分散されるとき、熱を受けて予熱状態となる。そして、分散された原炭は、流動化ガスにより流動層で流動すると共に、伝熱管により加熱されることで乾燥される。

このように実施例２の流動層乾燥装置にあっては、原炭投入口１０２の下方に、ガス噴射装置としてのガス噴射口１４１を設け、このガス噴射口１４１が原炭投入口１０２における乾燥容器１０１との連通部に向けて不活性ガスを噴射可能としている。従って、原炭投入口１０２から乾燥容器１０１内に投入される原炭は、この原炭投入口１０２から乾燥容器１０１に入る直前にガス噴射口１４１から噴射された不活性ガスにより分散されることとなり、乾燥容器１０１内に投入されるほとんどの原炭を広い範囲で分散することができる。

図７は、本発明の実施例３に係る流動層乾燥装置におけるガス噴射装置を表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例３の流動層乾燥装置において、図７に示すように、乾燥容器１０１は、中空箱型形状をなし、一端側に原炭を投入する原炭投入口１０２が形成され、この原炭投入口１０２の下方に乾燥容器１０１の内部に不活性ガスを噴射可能なガス噴射装置１５１が設けられている。このガス噴射装置１５１は、乾燥容器１０１の内部に向けて不活性ガスを噴射することで、原炭投入口１０２から投入された原炭を分散させるものである。そして、このガス噴射装置１５１は、その吹出方向を上下に変更可能な噴射ノズル１５２を有している。

即ち、乾燥容器１０１は、原炭投入口１０２の下方に位置して凹部１５３が形成され、この凹部１５３内に噴射ノズル１５２が配置され、流動方向に直交する水平方向に沿った支持軸１５４により回動自在に支持されている。そして、この噴射ノズル１５２は、基端部にガス供給ホース１５５が連結され、先端部に噴射開口１５６が形成されている。また、噴射ノズル１５２は、図示しない駆動装置により上下に揺動し、不活性ガスの吹出角度を変更可能となっている。

また、ガス噴射装置１５１は、流動層（図示略）における原炭の乾燥状態に応じて噴射ノズル１５２の角度を変更して不活性ガスの吹出方向を変更可能となっている。例えば、流動層内に複数の温度センサを所定間隔で配置し、この温度センサの検出結果に応じて、温度が低い領域、つまり、流動化が不十分な領域への原炭の分散を行わないように、噴射ノズル１５２の角度を変更し、不活性ガスの吹出方向を変更する。

従って、原炭投入口１０２から乾燥容器１０１における第１乾燥室１１１に原炭が投入されると、この原炭は、ガス噴射装置１５１から噴射された不活性ガスにより、第１乾燥室１１１内に前方側や左右側へ分散される。また、ガス噴射口１４１から噴射された不活性ガスは、高温の流体（過熱蒸気）であることから、原炭が高温の不活性ガスにより分散されるとき、熱を受けて予熱状態となる。そして、分散された原炭は、流動化ガスにより流動層で流動すると共に、伝熱管により加熱されることで乾燥される。

また、ガス噴射装置１５１は、噴射ノズル１５２を上下に揺動することで、不活性ガスの噴射方向を連続的や断続的に変更することで、原炭投入口１０２から乾燥容器１０１における第１乾燥室１１１に投入された原炭を広範囲にわたって分散可能となる。

このように実施例３の流動層乾燥装置にあっては、原炭投入口１０２の下方に、ガス噴射装置１５１を設け、このガス噴射装置１５１として、吹出方向を上下に変更可能な噴射ノズル１５２を設けている。従って、原炭投入口１０２から乾燥容器１０１内に投入される原炭は、ガス噴射ノズル１５２から噴射されて上下に変動する不活性ガスにより分散されることとなり、原炭を乾燥容器１０１内に広い範囲で分散することができる。

また、実施例３の流動層乾燥装置では、流動層における原炭の乾燥状態に応じて噴射ノズル１５２の吹出方向を変更するようにしている。従って、噴射ノズル１５２は、流動層における原炭の乾燥状態に応じて吹出方向を変更し、流動層内で、特に乾燥が促進している領域に優先的に原炭を分散することができ、原炭を効率的に乾燥することができる。

図８は、本発明の実施例４に係る流動層乾燥装置におけるガス噴射装置を表す概略図である。

実施例４の流動層乾燥装置において、図８に示すように、ガス噴射装置１６１は、乾燥容器の内部に向けて不活性ガスを噴射することで、原炭投入口から投入された原炭を分散させるものである。そして、このガス噴射装置１６１は、その吹出方向を左右に変更可能な噴射ノズル１６２を有している。

即ち、噴射ノズル１６２は、前述した実施例３と同様に、支持軸１６３により上下に回動自在に支持されており、内部に複数のルーバー１６４が左右に揺動自在に支持されている。そして、各ルーバー１６４は、リンク１６５を介して作動レバー１６６に連結され、図示しない駆動装置により作動レバー１６６を作動可能となっている。

従って、ガス噴射装置１６１は、噴射ノズル１６２を上下に揺動すると共に、ルーバー１６４を左右に揺動することで、不活性ガスの噴射方向を連続的や断続的に変更することで、原炭投入口１０２から乾燥容器１０１における第１乾燥室１１１に投入された原炭を広範囲にわたって分散可能となる。

このように実施例４の流動層乾燥装置にあっては、ガス噴射装置１６１として、吹出方向を上下及び左右に変更可能な噴射ノズル１６２を設けている。従って、原炭投入口から乾燥容器内に投入される原炭は、ガス噴射ノズル１５２から噴射されて上下及び作用に変動する不活性ガスにより分散されることとなり、原炭を乾燥容器内に広い範囲で分散することができる。

なお、上述した実施例３、４では、噴射ノズル１５２，１６２を上下や左右に吹出角度を変更することができることから、流動層乾燥装置の起動時や停止時に、流動層の表面に向けて不活性ガスを噴射することで、原炭を攪拌して加熱を促進するようにしてもよい。

また、上述した各実施例では、乾燥容器１０１内を第１乾燥室１１１と第２乾燥室１１２とに区画したが、第１乾燥室１１１だけ、または、第２乾燥室１１２だけとしてもよい。また、乾燥容器の形状、原炭投入口１０２、乾燥炭排出口１０３、流動化ガス供給部１０４、ガス排出口１０５、伝熱管１０６，１０７の各構成や配置は、各実施例に限定されるものではなく、流動層乾燥装置１２の設置場所や用途などに応じて適宜変更が可能である。

また、上述した各実施例では、湿潤燃料として低品位炭を使用したが、高品位炭であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。

１１ 給炭装置
１２ 流動層乾燥装置
１３ 微粉炭機
１４ 石炭ガス化炉
１５ チャー回収装置
１６ ガス精製装置
１７ ガスタービン設備
１８ 蒸気タービン設備
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
１０１ 乾燥容器
１０２ 原炭投入口（湿潤燃料投入部）
１０３ 乾燥炭排出口（乾燥物排出部）
１０４ 流動化ガス供給部
１０５ ガス排出口（ガス排出部）
１０６，１０７伝熱管（加熱部）
１１１ 第１乾燥室
１１２ 第２乾燥室
１２３，１４１，１５１，１６１ ガス噴射装置
１２４，１３１，１３２ ガス噴射口
１２５ ガス供給管
１２６ 流量調整弁
１２９ 仕切板
１５２，１６２ 噴射ノズル
１６４ ルーバー
Ｆ，Ｆ１，Ｆ２ フリーボード部
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２ 流動層

Claims (7)

1. 中空形状をなす乾燥容器と、
   該乾燥容器の一端側に湿潤燃料を投入する湿潤燃料投入部と、
   前記乾燥容器の他端側から湿潤燃料が加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥物排出部と、
   前記乾燥容器の下部に流動化ガスを供給することで湿潤燃料と共に流動層を形成する流動化ガス供給部と、
   前記乾燥容器の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出部と、
   前記流動層の湿潤燃料を加熱する加熱部と、
   前記湿潤燃料投入部の下方に前記乾燥容器の内部に不活性ガスを噴射可能なガス噴射装置と、
   を備えることを特徴とする流動層乾燥装置。
2. 前記ガス噴射装置は、前記湿潤燃料投入部から投入された湿潤燃料に向けて不活性ガスを噴射可能であることを特徴とする請求項１に記載の流動層乾燥装置。
3. 前記ガス噴射装置は、前記湿潤燃料投入部における前記乾燥容器との連通部に向けて不活性ガスを噴射可能であることを特徴とする請求項１に記載の流動層乾燥装置。
4. 前記ガス噴射装置は、所定間隔ごとに不活性ガスを噴射可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の流動層乾燥装置。
5. 前記ガス噴射装置は、吹出方向を上下または左右に変更可能な噴射ノズルを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の流動層乾燥装置。
6. 前記ガス噴射装置は、前記流動層における湿潤燃料の乾燥状態に応じて前記噴射ノズルの吹出方向を変更することを特徴とする請求項５に記載の流動層乾燥装置。
7. 前記ガス噴射装置から噴射される不活性ガスは、飽和温度以上のガスであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の流動層乾燥装置。

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